宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳我国最穷的5个城市，哪一个省最穷系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球我国最穷的5个城市，哪一个省最穷(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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